Aufbringen von dauerhaften, robusten Schablonenmustern aus feinen Partikeln auf elastomere Oberflächen

Unsere Forschung konzentriert sich auf das Verständnis großer Verformungen in magnetorheologischen Elastomeren unter kombinierter mechanischer und magnetischer Feldbelastung. Um diese Verformungen in unseren Experimenten quantitativ sichtbar zu machen, verwenden wir optische Tracking-Techniken wie DIC, die dauerhafte Markierungen auf der Oberfläche unserer Silikonproben erfordern. Wir verwenden digitale Bildkorrelation zusammen mit einer kundenspezifischen Universalprüfmaschine, die in der Lage ist, sowohl mechanische als auch magnetische Lasten auf unsere Proben aufzubringen.

Die Probenoberflächen werden mit Mustern markiert, um der Software etwas zum Nachverfolgen zu geben. Ohne dauerhafte Oberflächenmarkierungen ist eine Verformungsverfolgung unmöglich. Silikone sind von Natur aus nicht klebend und sehr dehnbar.

Das bedeutet, dass die meisten gängigen Lacke und Markierungsmethoden für Kunststoffe nicht funktionieren, weil sie nicht haften oder bei sehr hoher Belastung reißen und abplatzen können. Unser Protokoll erfüllt den Bedarf an einer zuverlässigen Methode zur Markierung von Elastomeren, die großen Verformungen unterliegen, und ermöglicht eine genaue optische Nachführung durch wiederholte mechanische Zyklen. Im Gegensatz zu den meisten Markierungsmethoden, die mit der Zeit oder hohen Dehnungen verblassen oder abblättern, ermöglicht unser Ansatz das Markieren, Lagern, Beladen und Entladen von Proben ohne Degradation.

Dies gewährleistet eine konsistente Nachverfolgung und Wiederholbarkeit in Experimenten, insbesondere bei Alterungs- und Ermüdungsstudien. Befestigen Sie zunächst den Luftkompressor an der Airbrush. Schließen Sie den Kompressor an eine geeignete Steckdose an und schalten Sie ihn ein.

Füllen Sie die Airbrush in einem Abzug mit der entsprechenden persönlichen Schutzausrüstung mit Isopropylalkohol und reinigen Sie sie mehrmals. Lege nun die Schablone auf ein Papiertuch in einem Abzug. Halten Sie die Sprühdüse etwa 30 Zentimeter von der Schablone entfernt und sprühen Sie eine Schicht Klebstoff in einer gleichmäßigen und kontinuierlichen Bewegung auf die Schablone.

Warten Sie 30 bis 60 Sekunden, bis die Schablone klebrig wird, aber nicht mehr nass ist. Legen Sie dann die Form auf ein Papiertuch in einen Abzug und verwenden Sie saubere, latexfreie Handschuhe, um die Schablone vorsichtig aufzunehmen, ohne den Klebstoff zu stören. Legen Sie die Klebeseite der Schablone auf die Form und fahren Sie mit einem Finger fest über die Schablone, um sie abzuflachen, um einen gleichmäßigen Kontakt mit der Form zu gewährleisten.

Kleben Sie anschließend mit Malerklebeband die Ränder der Schablone an die Form. Für die digitale Bildkorrelation oder DIC-Speckle-Form legen Sie die Form mit der Oberfläche des Formhohlraums nach oben auf ein Papiertuch in einen Abzug. Halten Sie die Sprühdüse etwa 30 Zentimeter von der Form entfernt und tragen Sie eine Schicht Formtrennmittel in einer gleichmäßigen, kontinuierlichen Bewegung auf die Form auf.

Verwenden Sie in einem Abzug einen Trichter oder einen kleinen Löffel, um etwa 10 Milliliter feines Pulver in ein Reagenzglas zu füllen. Geben Sie Isopropylalkohol in das Reagenzglas, um das Gesamtvolumen auf 45 Milliliter zu bringen. Verschließen Sie das Reagenzglas und schütteln Sie es kräftig, um die Suspension zu mischen.

Schütteln Sie nun die vorbereitete Suspension erneut, um den Inhalt wieder zu homogenisieren, und füllen Sie den Airbrush-Behälter, bis er zu 75 % mit der Suspension gefüllt ist. Schalten Sie den Luftkompressor ein und vergewissern Sie sich, dass der Luftdruck zwischen 1,38 und 1,72 bar oder 20 bis 25 Pfund pro Quadratzoll eingestellt ist. Positionieren Sie die Form mit der aufgeklebten Schablone in einem leicht schrägen vertikalen Winkel und richten Sie die Airbrush leicht zur Seite der Form, um sicherzustellen, dass das Spray ausgelöst wird, bevor es die Form erreicht.

Ziehen Sie dann den Airbrush-Auslöser vorsichtig zurück, um mit dem Sprühen zu beginnen. Tragen Sie die erste Schicht der Suspension sanft auf, halten Sie die Düse etwa 30 Zentimeter von der Oberfläche entfernt und bewegen Sie sich in einer kontinuierlichen Bewegung. Lassen Sie nach der ersten Schicht den Airbrush-Auslöser los und beobachten Sie die Oberfläche auf eine gleichmäßige Verteilung der Feinstaubsuspension.

Tragen Sie bei Bedarf zusätzliche Schichten auf die Schablone und die Formoberfläche auf. Warten Sie, bis die feinen Partikel sichtbar getrocknet sind, bevor Sie die Schablone entfernen und achten Sie auf eine Mindesttrocknungszeit von 180 bis 300 Sekunden. Entfernen Sie dann das Malerband von der oberen kürzeren Kante der Form und ziehen Sie das Klebeband langsam nach oben, um die Schablone in einer sanften Bewegung von der Form zu lösen.

Positionieren Sie die Form nach dem Einschalten des Luftkompressors ohne Schablone in einem leicht schrägen vertikalen Winkel, um einen senkrechten Sprühauftrag im Abzug zu erzielen. Um die Airbrush zu testen, drücken Sie den Auslöser kurz zusammen, während Sie auf ein Ersatzblatt Papier sprühen. Vergewissern Sie sich, dass das resultierende Speckle-Muster räumlich zufällig und von geeigneter Größe für den experimentellen Bildgebungsaufbau ist.

Schnippen Sie nun mit dem Auslöser über die Form, um das Speckle-Muster auf die Oberfläche aufzubringen und warten Sie mindestens 180 bis 300 Sekunden, bis die feinen Partikel sichtbar trocken sind. Bauen Sie schließlich die Form zur Vorbereitung des Spritzgussprozesses zusammen oder lagern Sie sie vor dem Spritzgießen einige Tage lang. Nach dem Aushärten der Silikonelastomere können Formen leicht entfernt werden.

Die zunächst auf die Formen gesprühten Muster oder Sprenkel übertragen sich mit hoher Wiedergabetreue auf die fertige Elastomeroberfläche. Zu den Proben, die für die mechanische Prüfung hergestellt wurden, gehörten verschiedene Geometrien, wie z. B. Platten, Zylinder und Würfel mit kontrastierenden Gitter- und Fleckenmustern auf gegenüberliegenden Oberflächen, einschließlich weißer Platten mit schwarzen Gittern, schwarzer Platten mit weißen Gittern und Platten mit blauen Gittern. Das Muster, das während des Aushärtens an der Silikonprobe haftet, kann eine beliebige Form oder Farbe haben.

Das Muster löst sich nicht ab und kann wiederholt in großen Verformungsexperimenten verwendet werden. Zu den optischen Tracking-Designmustern gehörten Gittermuster, spärliche DIC-Speckle-Muster und dichte Speckle-Muster für unterschiedliche Anforderungen an die Dehnungsmessung. Die digitale Bildkorrelationsanalyse bei zunehmender globaler Dehnung zeigte eine fortschreitende lokale Verschiebung in vertikaler Richtung, die durch eine Heatmap mit Farben von Rot bis Blau visualisiert wurde.